基础隔震框架结构多维地震反应的非线性分析

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1、基础隔震框架结构多维地震反应的非线性分析李静文1’2，吴(1．西华大学建筑与土木工程学院，四川成都体2，陈博韬1，李杭1610039；2．四川省建筑科学研究院，四川成都610081)摘要：本文首先建立隔震结构的多维地震反应的计算模型，然后通过对8度区某三层框架结构分别建立抗震模型和隔震模型进行仿真分析，计算其在多维地震反应下的地震动反应，研究结果表明：隔震结构能有效降低结构的水平剪力，至少达到84％，隔震结构的设防烈度可降低1度以上，节约成本；隔震结构可有效隔离地震能量向上部结构传递，提高了结构的安全性和可靠性从而达到隔震、消能与

2、减震的目的。关键词：基础隔震结构；多维地震反应；非线性中图分类号：Tu352．12文献标志码：B文章编号：1672—401l(2016)03—0075一03DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2016．03．039O前言基础隔震区别于传统抗震的地方，在于其设防策略转“抗”为“隔”。基础隔震技术采用“以守为攻”“以柔克刚”的防御战术，利用专门的隔震元件，使隔震层发生较大的相对位移，从而阻止地震能量进入上部结构，或者改变上部结构的自振周期，避免共振，以此保障结构的安全性和可靠性⋯。目前，工程上应用最为广泛、技术最

3、为成熟的是以叠层橡胶支座体系作为隔震层的基础隔震结构。此类结构是在结构底部与基础之间设置专门的橡胶隔震支座和耗能元件，形成刚度很低的柔性层，称为隔震层，使基础和上部结构断开，延长上部结构的基本周期，从而避开地震地面运动的主频带范围，减少共振效应，阻断地震能量向上部结构的传递，将其直接吸收或反馈回地面，同时利用隔震层高阻尼特性，消耗输入地震动的能量，使传递到隔震结构上的地震作用进一步减小。本文以8度区某框架结构为例，通过对抗震结构和隔震结构在多维地震反应进行仿真分析，研究隔震结构的隔震效果。1LRB计算模型对于um的恢复力模型主要有

4、双线性模型、修正双线性模型、修正双线性模型Ramberg一0sgood模型、Bouc—Wen模型以及“扁环”效应双拐点恢复力模型。为简化程序便于工程计算，又能达到一定精度，偏安全考虑采用退化双线型模型，如图2所示，对于2个剪切变形有耦合的塑形属性，对于轴向变形和3个弯曲变形有线性的有效刚度属性。当2个剪切自由度都为非线性时，力一变形关系为：，d=r口tf02·如·dll2+(1一ro#iD2)，，ieZd2·z2／-=rcIfi03·七3·dtl3+(1一r口“03))，据Zd3·z3式中，_

5、}2和_

6、}，为弹性弹簧系数，)，据

7、fd2和y沈fd3为屈服力，mti0：和rmiD，为屈服后刚度对弹性刚度(1

8、}2和岛)的比例，毛和毛为恢复力模型的内部参数，初始值为O，变化范围为：偶+罨≤l；屈服面上，√乏+乏=1；满足：．r蠡2二、盼[之笼：黝吲。Lj-“IdJJ帕式中：吧：{1吁刈口3_{1’"oL0叱z2≤OLO叱z3≤0图2叠层橡胶支座的恢复力模型LRB由多层薄钢板和橡胶片交替叠合经热硫化而成，上下设有连接板及封板，中部设有铅芯块，可提高支座刚2算例与计算度和耗能作用，如图1所示。图lLRB—DSB构造图作者简介：李静文(1987一)，男，硕士研究生，

9、主要研究方向：结构工程及减震。基金项目：西华大学研究生创新基金项目(ycjj20l∞82)2．1结构概况该工程为四川省西昌市某居民小区住宅楼，共3层，层高3．3m，C30混凝土。地震作用设防烈度8度，Ⅱ类场地，场地特征周期O．35s，设计地震分组为第二组，结构的抗震等级为二级，属于标准设防类建筑，平面布置图见图3。隔震支座采用叠层橡胶支座(IJalninatedRubberBe盯-ing，um)，总高度178眦，橡胶总厚度为80姗。用ETABS软件建立隔震结构分析模型，并建立抗震结构模型作对比，上部结构为弹性模型，隔震层为非线性模

10、型，结构模型如图4所示。隔震橡胶支座采用软件提供的滞回隔震器(I妇1)模拟。·75·V01．42，No．3于I。J～7材第42卷第3期June，2016si砌“口nB“f埘赢jl如胞一口缸2016年6月_r1_3(D2700。此挑板t【二层有IlIiTJ-，⋯’^十}lI受掣一一JLT．：7二：七-●●-●耄幽q萤^!塑i墓+1。二-_一吲‘UL一二r．、：’：、：。、⋯’”LI。。，‘7～7～7、，、，、。、’、·随⋯⋯⋯～’皓图P回㈣麟：Ⅸ××>

11、，峰，墨．g卜t图3结构平面图图4结构模型2．2模型校核为校核建立的ETABS模

12、型的准确性，分别采用ETABS和Pl(PM软件对结构进行建模分析，并对比两者的分析结果。结构的质量对比和周期对比分别见表1～2。可以看出，ETABs模型的计算结果和PKPM模型的计算结果吻合良好，误差不超过3％，可用于本工程隔震分析计算。裹1结构质